磁浮列车的优点和应用前景

传统的铁路，属于轮轨粘着式铁路，即车辆的车轮，在钢轨顶面上借助轮轨间的粘着力运行。这种铁路随着机车车辆速度的提高，轮轨间的粘着力会逐渐减小，车辆的行走阻力会逐渐增大，在车速达到极限值350～400千米／小时时，车辆的行走阻力将大于轮轨间的粘着力，车轮就空转了，速度不可能再提高。

为了克服这一障碍，60年代初，有些国家开始研究非粘着式超高速铁路。这种铁路有气浮式和磁浮式两大类。

气浮式又称气垫式。是利用压缩空气使车体底面和导轨之间形成空气层 （气垫），依靠气垫的悬浮力，使车辆悬浮于导轨面的空气层上运行。经过一段时间的探索研究，从能源和噪音公害考虑，认为磁浮式比气浮式优越，所以，世界各国都转向研究磁浮式。磁浮式又称磁垫式。和国对磁浮铁路经过多年研究，已经公认是一种很有发展前途的新型交通工具。其特点是速度快，无噪音，无污染，无振动，能源消耗少，不受气候影响，适合于长途超高速和城市中低速的交通运输。磁浮列车的众多优点，都来自它的一个基本的优点，即它消除了车轮与钢轨的摩擦。它不用常见的发动机，完全靠磁力运行。既没有在轴套中旋转的轴，又没有摩擦和撞击着轨道的车轮。也就是说不需要花相当大的费用，定期更换易磨损部件。因为不需要消耗动力去克服摩擦力，不仅能有效地利用能量，把列车从噪音和振动中解放出来，而且还能进一步实现列车的高速化。它的维修费用，相对来说也比较低。常规高速列车必须进行连续监测，防止轨道上出现微小缺陷，因为这种缺陷能引起列车出轨（日本 “子弹列车”的路轨）每夜都要重新校准70磁浮列车却不同，它只有一条单轨，因为因轨道表粗糙，不改变磁场不会带来任何问题。虽说它是地面交通工具，但它不在地面上行驶，而是离开地面轨道，悬浮在一种看不见的 “磁垫”上飞驰，因而被人们誉为会 “飞”的列车。

磁浮铁路有多种型式，其中主要有常导电磁铁吸引方式和超导电磁铁相斥方式两种。

常导电磁铁吸引方式，是利用磁异性相吸的原理，在车厢底部，面向上安装强大的磁铁，在T形金属导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板。磁铁与导轨相吸而把车厢提起来拉向导轨，而车厢的重量又刚好使磁铁与轨道脱离接触。普通的磁铁棒磁力磁太弱，无法提起车厢。这里使用的磁铁不是普通的磁铁棒，而是电磁铁。这种电磁铁就是一个密绕的线圈，当电流从中流过时，能产生磁场，改变电流，也就改变了磁场强度。这样，车厢与轨道之间的间隙就很容易加以调整，使之保持最佳距离。

世界上第一条商业磁浮铁路，已于1984年在英国投入使用。它包括两条平行的轨道，每条轨道上有一列由2个车厢组成的列车，每个车厢能载客40名。列车在伯明翰机场和火车站之间往返运行。列车上无驾驶员，由计算机自动控制。虽然其速度仅为37．5千米／小时，但是它证明磁浮铁路是现实可行的。

超导电磁铁相斥式铁路，是根据磁铁同极相斥的原理，利用超导体电磁力悬浮在轨道上前进的列车。它在车上安装超导电磁铁，当车辆通过装在地面上的线圈或非磁性金属极时，利用地面线圈产生的感应电流，与车上电磁铁之间的相斥力使车体浮起，用同步线性电动机驱动。超导电磁铁线圈用铌钛合金制成，浸在冷却的液态的氮容器内，保持零下268．8℃的低温。此时，磁铁线圈的电阻为零，一旦有电流通过，即可保持永久通电状态。这种方式飘浮力大，车辆与地面间的有效飘浮间隙可达10厘米以上，适于高速和超高速运输。(www.zuozong.com)

电磁铁采用超导体材料和不采用超导体材料，效果大不一样。一般电磁铁增加车体总的重量，因而限制了车速；超导体电磁铁可使车体轻量化，从而提高了车速和装载能力。

也许有人会问：一旦磁力不足，悬浮的列车会不会掉下来摔坏呢？绝对不会。这在设计和建造时都充分考虑到了。磁浮列车外表呈现流线型，像一架没有机翼和尾翼的大型喷气客机。车体的构造是密闭式的，各个部位的外表都力求平滑，以减少空气阻力。列车装有车轮，仅在起动加速和减速停站时使用。导轨呈槽型，列车一旦悬离，车轮即失去作用。但是车轮还是车体稳定与安全所必需的，这种飞机起降时也需要轮子。车体的有关部位装有减震的弹簧，车体的四角装有紧急着地的气闸，以防万一。当电源线路发生故障，浮悬着的车厢可直接落在导轨上，并借助摩擦力慢慢地停下来。所以，它是非常安全的交通工具。

有人可能还会提问：磁浮列车上没有常见的发动机，它怎样使列车前进呢？还是靠磁场。它的驱动装置是通过铺设在轨道上的三相电流绕组进行的。这个绕组产生的一个移动的磁场，并与机车下面的永久磁铁共同作用，利用移动的磁力将车推向前进。车上装备的超导体电磁铁产生的磁力，与地面槽形导轨上的线圈所产生的电磁力互相排斥，从而使车体上浮。槽形导轨两侧的线圈与车上电磁铁之间的相互作用，则产生牵引力，使车体一边悬浮一边前进。

当前，日本在研究和建造磁浮铁路方面遥遥领先。1985年，日本的磁浮列车在筑波国际科技圣典会上上首次公开露面，次年又在加拿大交通运输博览会上试运转，共运送100万人次。强大的超导磁体形成的磁力垫，使列车升离轨道100毫米，速度超过500千米／小时。车体长28米，高2．35米，宽2．8米，载客67人。可以多节编组运行，最多可编入14节，全长315米，定员可达950人。车厢内部设备很豪华，有空调设备，有自动报站的屏幕，有电视机，每个座席备有看书的台灯，一切都令人感到安全舒适。乘客搭载磁浮列车，每千米耗能相当于小轿车。日本估计东京环绕全程票价，同长途旅行其他交通工具票价不相上下，但乘客却能节省大量时间，同时享受到最安全、最舒适的旅行设施。

目前，世界上有许多国家正在建造磁浮铁路，预计在本世纪末建成使用的有德国从波恩到埃森长100千米的磁浮铁路，日本从东京到大阪长500千米的磁浮铁路，韩国从汉城到釜山长380千米、汉城到江陵长240千米、汉城到木浦长256千米的磁浮铁路、我国台湾省从台北到高雄长300千米的磁浮铁路，以及澳大利亚从悉尼到墨尔本长700千米的磁浮铁路等等。有人预计在今后20年内，磁浮铁路将使地面交通发生革命性的变化，可能成为21世纪地面的主要交通工具。